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Design specifications for 3D models (Fuse 1 generation)

Design specifications for 3D models (Fuse 1 generation)

3Dプリントの成功の秘訣は、モデルを適切に設計することにあります。以下にベストプラクティスをご紹介します。設計の最適化やプリント失敗を最小限に抑えるヒントとしてお役立てください。

ヒント:

詳細は、FuseシリーズSLS設計ガイドをご参照ください。[[英語]] [[ドイツ語]][[スペイン語]] [[フランス語] [][イタリア語]] [[日本語]] [[ロシア語]] [[中国語]]

備考:

以下のガイドラインは、Fuse 1でFormlabs Nylon 12パウダーを使用して開発されました。他のFormlabsパウダーや異なる設定を使用した場合、若干の違いが生じる可能性があります。

サポート無しの壁の最小厚み

垂直壁:0.6 mm / 600 μm
水平壁:0.3 mm / 300 μm

サポート無しの壁とは、2辺以下で他の壁と接続されている壁のことを指します。サポート無しの垂直壁の厚みが 0.6mm以下、またはサポート無しの水平壁の厚みが0.3mm以下になると、プリント中に壁が反ったり、モデルから離れたりしてしまう恐れがあります。壁は薄くなるほど、強度が減ります。

Fuse 1世代プリンタでサポート材なしで造形可能な最小の垂直壁と水平壁の厚みを示すモデル

サポート付きの壁の最小厚み

垂直壁:0.6mm / 600μm
水平壁:0.3 mm / 300 μm

サポート付きの壁とは、2辺以上で他の壁と接続されている壁のことを指します。サポート付きの垂直壁の厚みが0.6mm以下、またはサポート付きの水平壁の厚みが0.3mm以下になると、プリント中に壁が反ったり、モデルから離れたりしてしまう恐れがあります。壁は薄くなるほど、強度が減ります。

Fuse 1世代プリンタでサポート材なしで造形できる最小の垂直壁と水平壁の厚みを示すモデル

最小ピン/ワイヤー径

推奨:直径0.8mm / 800μm

ピンまたはワイヤーは、その長さが少なくとも幅の2倍以上あるのが特徴です。直径0.8mm未満のピンまたはワイヤーは、プリント中に変形したり折れたりすることがあります。

Fuse 1世代プリンタで造形可能なピン/ワイヤーの最小直径を示すモデル

注:細いワイヤーのクリーニング

細いワイヤー付きのパーツをプリントした場合、デリケートな形状のため、パウダーケーキから取り出す時に特別な注意を払う必要があります。パーツの大部分に接するエッジ部分に切れ目を入れておくと、このリスクを軽減することができます。

アセンブリの最小公差

20 mm²未満のフィーチャー:0.2 mm / 200 μm
20mm²以上のフィーチャー:0.4mm / 400μm

クリアランスとは、モデルの2つのパーツの間に必要な距離です(例:2つのギアの間の距離など)。組み立て用の継手や歯車など、プリント後にメッシュまたはインターフェースとして使用するモデル同士の間には僅かなスペースを設けてください。

Fuse 1世代プリンタの最小アセンブリ公差を示すモデル

一体型アセンブリのクリアランス

20 mm²未満のフィーチャー:0.3 mm / 300 μm
20 mm²以上のフィーチャー:0.6mm / 600μm

クリアランスとは、モデルの2つのパーツの間に必要な距離です(例:2つのギアの間の距離など)。最終的にアセンブリとして組み立てるパーツをプリントする時は、プリント中にパーツ同士が融合しないよう間にクリアランスを確保するようにしてください。

Fuse 1世代プリンタの最小一体型アセンブリクリアランスを示すモデル

個別パーツのクリアランス

2つのSLSパーツが互いに近すぎることを示すPreFormの画面

最小:1.0 mm / 1,000 μm

推奨:

5.0 mm / 5,000 μm

クリアランスとは、モデルの2つのパーツの間の距離のことです。別々のパーツとしてプリントし、互いに影響し合わないようにすべきパーツ同士の間には、最低 5mm のクリアランスを開けてください。近接パーツの熱によるたわみの影響を最低限に抑えることができます。

穴の最小直径

推奨:0.1 mm / 100 μm

X、Y、Z軸で直径が0.1mm未満の穴はプリント中に閉じてしまうことがあります。穴のプリント精度は、穴の直径の大きさだけでなく、その穴がある壁の厚さによっても変わります。壁が厚ければ厚いほど、穴の精度は落ちます。貫通穴は、プリントした材料がすべて後処理段階で適切に処理されるための見通しクリアランスを確保する必要があります。

Fuse 1世代プリンタで造形可能な最小穴径のモデル

ヒント:

同心円状の穴を正確に開けるには、小さなパイロット穴を開け、リーマーを使って目的の直径まで穴を広げるようにしてください。

ドレインホールの最小直径

推奨:3.5 mm / 3,500 μm

内部にキャビティがある場合、適切な大きさの水抜き穴を設けないと、未焼結パウダーがキャビティ内に溜まってしまいます。最良の結果を得るためには、空洞部を設計する際に、直径3.5mm以上の水抜き穴を少なくとも2つ設ける必要があります。

Fuse 1世代プリンタで造形したパーツにも受ける水抜き穴の推奨最小径を示すモデル

ヒント:

ドレインホールの数が増えれば増えるほど、また穴のサイズ大きければ大きいほど、内部の空洞部から未焼結パウダーを取り除くことが容易になりました。内面を綺麗な状態に保つには、クリーニングツールで容易にアクセスできるような設計にします。

最小凸面のディテール

A. 水平面:
A.1 深さ:0.15 mm / 150 μm
A.2 幅:0.35mm / 350μm
A.3 文字の高さ:4.5mm / 4,500μm
A.4 文字の深さ:0.3mm / 300μm

B. 垂直面:
B.1 深さ:0.35 mm / 350 μm
B.2 幅:0.4mm / 400μm
B.3 文字の高さ:4.5mm / 4,500μm
B.4 文字の深さ:0.3mm / 300μm

 

エンボス加工とは、モデル表面に文字などを浮き彫りにして加工する浅い隆起のことです。小さな凸面の特徴は、仕上げたパーツにハッキリ見える形で現れない場合があります。最適なエンボス形状に仕上げるためには、可能な限り太字のフォントを使用してください。

Fuse 1世代プリンタで造形可能なエンボス加工の最小サイズを示すモデル

Embossed details are shallow raised features on the surface of a model like text. Small embossed features may not be visible on the finished part. Use a bold font where possible for best results with embossed text.

最小凹面のディテール

A. 水平面:
A.1 深さ:0.1 mm / 100 μm
A.2 幅:0.3mm / 300μm
A.3 文字の高さ:3.0mm / 3,000μm
A.4 文字の深さ:0.3mm / 300μm

B. 垂直面:
B.1 深さ:0.15 mm / 150 μm
B.2 幅:0.35mm / 350μm
B.3 文字の高さ:3.0mm / 3,000μm
B.4 文字の深さ:0.3mm / 300μm

 

デボス加工とは、モデル表面に刻印などの窪みをつけて加工する形状のことです。小さな凹面の特徴は、仕上げたパーツにハッキリ見える形で現れない場合があります。デボス加工のテキストを最適な状態で仕上げるために、可能な限り太字のフォントを使用してください。

Fuse 1世代プリンタで彫刻可能な最小サイズを示すモデル

Engraved details are imprinted or recessed features on the surface of a model. Small engraved features may not be visible on the finished part. Use a bold font where possible for best results with engraved text.

材料別の特性

Fuseシリーズのプリンタでより優れたプリント結果を得るためには、使用する材料の特性を考慮することが重要です。Fuseシリーズのプリンタで様々なパウダーを使ってアディティブマニュファクチャリングを行うにあたり、ユーザーが設計を最適化するのに役立つガイドラインを以下にご紹介します。

最大造形サイズ

材料によって熱膨張率が異なるため、Fuseシリーズのプリンタで造形可能な最大造形サイズは材料によって異なります。各材料の最大造形サイズは下表を参照してください。

材料最大造形サイズ
Nylon 12パウダー159.8 × 159.8 × 295.5 mm
Nylon 12 GFパウダー160.1 × 160.1 × 297.3 mm
Nylon 12 Toughパウダー158.8 × 158.8 × 293.5 mm
Nylon 12 Whiteパウダー159.8 × 159.8 × 293.8 mm
Nylon 11パウダー158.6 × 158.6 × 294.4 mm
Nylon 11 CFパウダー162.0 × 162.0 × 287.6 mm
TPU 90Aパウダー152.1 × 152.1 × 294.9 mm
Polypropyleneパウダー159.4 × 159.4 × 296.0 mm

Nylon 12パウダーを使う場合の設計上の考慮点

Nylon 12パウダーは、バランスのとれた材料特性、プリントや後処理のしやすさ、生体適合性などが特徴の優れた万能材料です。本ガイドラインはNylon 12パウダーを想定して作成されており、本材料に関する追加の設計留意事項はありません。

Nylon 12 GFパウダーを使う場合の設計上の考慮点

Nylon 12 GFパウダーは剛性と耐熱性に優れ、負荷がかかっても安定性を維持できる造形品を製作できます。生体適合性を備えているため、皮膚接触のある用途でもお使いいただけます。

この材料特有の設計上の考慮事項は以下の通りです。

  • 表面粗さ:この材料の表面仕上げは、Nylon 12パウダーで造形した部品よりも粗くなります。滑らかな仕上げが必要な設計には、機械加工ややすりがけその他工程など追加の表面処理が必要になります。
  • 脆性:ガラス強化材料のNylon 12 GFパウダーは剛性が向上しているものの、その分造形品の脆さが増します。華奢なエンボス形状を施す場合、後処理工程や実製品用部品としての使用中に破損しないよう、やや厚みを持たせた方が良い場合があります。脆性は特にレイヤー間で顕著になるので、強度が必要な形状にはできるだけXY平面に沿うように配置して造形するのが一般的です。
  • 水抜き穴:Nylon 12 GFパウダーでプリントした造形品は、Nylon 12パウダーでプリントした造形品よりもSurface Armorが固くなります。そのため水抜き穴のサイズはやや大きめが適しており、ブラスタ処理を施した最終的な洗浄工程で表面を完全に洗浄できるよう、すべての表面(内側および外側)が見える設計が理想的です。

Nylon 12 Toughパウダーを使う場合の設計上の考慮点

Nylon 12 Toughパウダーは、ビルドチャンバー全体で高い靱性と寸法精度を維持した状態で造形でき、強度を犠牲にすることなくたわみの少ない高耐久の部品をプリントできます。

この材料特有の設計上の注意点は以下の通りです。

  • モデルの位置:表面欠陥を減らすため、モデルがビルドチャンバーの中央に向くようにし、ビルドチャンバーの壁や床、特に奥の壁につかないよう離して配置してください。
  • モデル同士の間隔:最高な表面品質を実現しパウダー除去の手間を最低限に抑えるために、すべてのモデルが互いから最低 5mm 離れるように配置してください。

Nylon 12 Whiteパウダーを使う場合の設計上の考慮点

Nylon 12 Whiteパウダーは、Nylon 12パウダーの優れた性質と使い勝手はそのままに、ホワイトの造形品を製作できる材料です。このパウダーで作る機能確認用試作や実製品用部品はブランド戦略に合わせて容易に染色が可能なほか、鮮明なコントラストと繊細なディテールを表現した医療器具・モデルを製作できます。

この材料特有の設計上の注意点は以下の通りです。

  • モデルの位置:表面欠陥を減らすため、モデルがビルドチャンバーの中央に向くようにし、ビルドチャンバーの壁や床、特に奥の壁につかないよう離して配置してください。
  • モデルの向き:大きな平面がある場合は、造形面に対して垂直になるように方向づけをすると、最高の品質を引き出すことができます。平らな面がビルドチャンバーの正面に向かないようにしてください。
  • 積層痕:軸方向にわずかな曲面があると、造形品に積層痕ができます。
  • モデル同士の間隔:最高な表面品質を実現しパウダー除去の手間を最低限に抑えるために、すべてのモデルが互いから最低 3mm 離れるように配置してください。

Nylon 11パウダーを使う場合の設計上の考慮点

Nylon 11パウダーでプリントした造形品は、Nylon 12パウダーでプリントした造形品よりも高い延性が備わっています。衝撃や振動への耐性が高く、生体適合性用途向けに認定された材料です。

Nylon 11パウダー特有の設計上の注意点は以下の通りです。

  • たわみ:Nylon 11パウダーは、XY平面で大きな断面をプリントした場合、たわみが発生しやすくなります。高アスペクト比のモデルを造形する場合は、ガイダンスに従ってたわみの影響を最小限に抑えてください。
  • クリアランス:一体型アセンブリの場合、コンポーネント間に大きめの間隔が必要になります。一体型アセンブリのコンポーネント間には少なくとも1mmの距離を設け、アセンブリの要件に最適な間隔を正確に実現するために何度か試作・検証プロセスを繰り返す必要があります。
  • 繊細なフィーチャー:Nylon 11パウダーで表現可能な最小サイズは、Nylon 12パウダーの場合よりもわずかに大きく、モデルのフィーチャーの向きによっても変わります。これは、小さな窪みや突出部のある構造、薄肉構造、文字のエンボス・デボス加工など、繊細なフィーチャーの造形に影響を与える可能性があります。華奢なフィーチャーのプリントを成功させるためには、一体型またはアセンブリ型のモデルを実際にプリントする前に、目的のフィーチャーを縮小したテスト品をプリントして実現可否を確認すると良いでしょう。

Nylon 11 CFパウダーを使う場合の設計上の考慮点

Nylon 11 CFパウダーは、剛性、耐熱性、衝撃強さ、引張強さに優れた高機能材料です。また、Nylon 11パウダーよりもたわみが発生しにくいため、大きな断面のある造形品のプリントに適しています。

  • 表面粗さ:Nylon 12GFパウダーと同様、Nylon 12パウダーでプリントした造形品に比べて表面品質が粗くなります。滑らかな仕上がりが求められる設計の場合、機械加工、研磨、その他の仕上げ工程など、滑らかな仕上がりを実現するために必要な二次後処理工程を考慮する必要があります。
  • X、Y、Z軸の異方性:カーボンファイバーがX軸方向(プリンタの前面ドアと平行)に配列する傾向があるため、造形品の機械的特性はX方向とY方向で異なります。他の3Dプリント品と同様、Z軸方向の機械的特性も異なり、一般的にXY方向の特性よりも低くなります。剛性と強度を最大化するために、X軸に沿うように配置します。

TPU 90Aパウダーを使う場合の設計上の注意点

TPU 90Aパウダーは、高い引裂強さと破断伸びを持つエラストマー材料です。ショア硬度90Aを備える本材料は、ゴムのようなしっかりとした特性を持っています。ソリッド形状を格子構造に変えることで、目標とする剛性を満たしながらより柔軟性のある造形品が実現します。TPU 90Aパウダーには生体適合性があるため、皮膚接触用途にも適しています。

  • 分厚い断面: 華奢なフィーチャー(小さなピン、穴、厚さ3~4cm以上のフィーチャーの上面に施すエンボス・デボス文字など)は細部まで正確に表現できない可能性があります。これは造形品に熱がこもるためで、モデルの向きを変えたり、内部を空洞にすることで改善される場合があります。
  • 繊細なフィーチャー:TPU 90Aパウダーで表現可能な最小サイズは、Nylon 12パウダーの場合よりもわずかに大きく、モデルを配置する方向によっても変わります。これは、小さな窪みや突出部のある構造、薄肉構造、文字のエンボス・デボス加工など、繊細なフィーチャーの造形に影響を与える可能性があります。華奢なフィーチャーのプリントを成功させるためには、一体型またはアセンブリ型のモデルを実際にプリントする前に、目的のフィーチャーを縮小したテスト品をプリントして実現可否を確認すると良いでしょう。
  • たわみ: TPU 90Aパウダーはたわみが発生する傾向にあります。たわみは通常、造形品の底面に多く発生します。高アスペクト比のモデルを造形する場合は、ガイダンスに従ってたわみの影響を最小限に抑えてください。
  • 寸法精度:造形時の配置も、造形品の寸法精度に影響を与える場合があります。寸法精度を最大限に高めるためには、造形品をビルドチャンバーの底に向かって高密度で配置してください。
    • V1.1の造形設定でプリントする場合、Z軸方向の精度を高めるために、パーツをビルドチャンバーのほぼ中央まで移動させます。
  • クリアランス:一体型アセンブリの場合、コンポーネント間に大きめの間隔が必要になります。一体型アセンブリを意図した通りに確実に機能させるためには、間隔を1mm以上に設定してください。断面の厚いセクションに近づける場合は感覚を大きくし、断面の薄いセクションに近づける場合は間隔を小さめにします。
  • 円形状の伸び率: XY平面上に軸を持つ円形状は、円形というよりも、やや卵形や楕円形に伸長する傾向があります。この影響を軽減するためには、円形状の軸がZ方向を向くように配置してください。

Polypropyleneパウダーを使う場合の設計上の考慮点

Polypropyleneパウダーは3Dプリント用の純粋なPP材料で、耐久性と強度の高い造形品の製作に最適です。本材料を使った造形品は硬さがありながら、靱性にも優れています。

  • 繊細なフィーチャー:Polypropyleneパウダーで表現可能な最小サイズは、Nylon 12パウダーの場合よりもわずかに大きく、造形品を配置する方向によっても変わります。これは、小さな窪みや突出部のある構造、薄肉構造、文字のエンボス・デボス加工など、繊細なフィーチャーの造形に影響を与える可能性があります。華奢なフィーチャーのプリントを成功させるためには、一体型またはアセンブリ型のモデルを実際にプリントする前に、目的のフィーチャーを縮小したテスト品をプリントして実現可否を確認すると良いでしょう。
  • パッキングの最小間隔:PreFormで造形品の配置設定を行う際は、造形品同士の間に2 mm以上の間隔が空くように設定してください。間隔を小さく(1mm以上)することも可能ですが、造形品の表面品質に影響を与えます。
  • たわみ: Polypropyleneパウダーはたわみが発生しやすいという特性があります。たわみは通常、大きな断面を持つ造形品の底面に多く発生します。また、断面が縦方向に長い造形品でもたわみが発生する可能性があります。高アスペクト比のモデルを造形する場合は、ガイダンスに従ってたわみの影響を最小限に抑えてください。
  • 表面粗さ:Polypropyleneパウダーでプリントした造形品は、Nylon 12パウダーの造形品よりも表面品質が若干粗くなります。
  • 水密性:Polypropyleneパウダーでは、水密性のある造形品の製作も可能です。最適な結果を得るには、設計時に造形品の壁の厚みを1 mm以上にしてください。壁の厚みを薄くする場合は、テストプリントを行って水密性を確認することもご検討ください。注:水密性の度合いは、部品の形状によって異なる場合があります。

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